石英晶体振荡器

石英晶体振荡器 

石英晶片之所以能当为振荡器使用，是基于它的压电效应：在晶片的两个极上加一电场，会使晶体产生机械变形；在石英晶片上加上交变电压，晶体就会产生机械振动，同时机械变形振动又会产生交变电场，虽然这种交变电场的电压极其微弱，但其振动频率是十分稳定的。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率(由晶片的尺寸和形状决定)相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为“压电谐振”。

在电子学上，通常将含有晶体管元件的电路称作“有源电路”，而仅由电阻、电容元件组成的电路称作“无源电路”。
无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。

无源晶振是有2个引脚的无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振有4只引脚，是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有晶体管和电阻、电容元件，因此体积较大。

晶体振荡器是一种时间/频率器件，由晶体谐振器和振荡电路组成。

石英晶体振荡器

按照其功能类型可分为四种：

SPXO 简单封装晶体振荡器,没有电压控制和温度补偿，频率温度特性取决于晶体单元，

称为SPXO（Simple Packaged Crystal Oscillator ）或时钟（Clock）晶振、钟振。

VCXO电压控制晶体振荡器，压控晶振就是利用改变控制电压来实现对输出频率的调整，简称为VCO。压控振荡器内部电路是由变容二极管和石英晶体振荡器电路组成的。变容二极管是串联在频率控制回路当中，通过改变加载在变容二极管上的电压来调整石英振荡器的振荡频率，实现对输出频率的微调。压控晶振比普通SPXO晶振使用要灵活得多。因为它的输出频率可以实现微调，通过调整使输出频率达到*理想状态。由于电压控制脚是一个输入脚，很容易带入其他杂散信号，因此，在使用时要特别注意。压控晶振广泛应用在工业和电信领域。

TCXO 温度补偿晶体振荡器，通过附加的温度补偿电路使由周围温度变化产生的振荡频率变化量削减的一种石英晶体振荡器。

温补晶振中，对石英晶体振子频率温度漂移的补偿方法主要有直接补偿和间接补偿两种类型

（1）直接补偿型 直接补偿型温补晶振TCXO是由热敏电阻和阻容元件组成的温度补偿电路，在振荡器中与石英晶体振子串联而成的。在温度变化时，热敏电阻的阻值和晶体等效串联电容容值相应变化，从而抵消或削减振荡频率的温度漂移。该补偿方式电路简单，成本较低，节省印制电路板（PCB）尺寸和空间，适用于小型和低压小电流场合。但当要求晶体振荡器精度小于±1pmm时，直接补偿方式并不适宜。

（2）间接补偿型 间接补偿型又分模拟式和数字式两种类型。模拟式间接温度补偿是利用热敏电阻等温度传感元件组成温度－电压变换电路，并将该电压施加到一支与晶体振子相串接的变容二极管上，通过晶体振子串联电容量的变化，对晶体振子的非线性频率漂移进行补偿。该补偿方式能实现±0.5ppm的高精度，但在3V以下的低电压情况下受到限制。数字化间接温度补偿是在模拟式补偿电路中的温度—电压变换电路之后再加上等模/数（A/D）变换器，将模拟量转换成数字量。该法可实现自动温度补偿，使晶体振荡器频率稳定度非常高，但具体的补偿电路比较复杂，成本也较高，只适用于基地站和广播电台等要求高精度化的情况。

OCXO恒温控制晶体振荡器，多采用功率器件直接加热的方法，一些指标要求很高的

恒温晶振使用恒温槽。恒温晶振（OCXO）是利用恒温槽使晶体振荡器或石英晶体振子的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到*小的晶体振荡器。在恒温晶振OCXO中，有的只将石英晶体振子置于恒温槽中，有的是将石英晶体振子和有关重要元器件置于恒温槽中，还有的将石英晶体振子置于内部的恒温槽中，而将振荡电路置于外部的恒温槽中进行温度补偿，实行双重恒温槽控制法。

石英晶体振荡器 常规批量生产可达到的稳定度：

           SPXO        VCXO       TCXO           OCXO

 0-70℃   ±10 ppm   ±10 ppm    ±0.1 ppm    ±0.001 ppm

-20-70℃  ±25 ppm   ±25 ppm    ±0.28 ppm   ±0.01 ppm

-40-85℃  ±30 ppm   ±30 ppm    ±0.28 ppm    ±0.01 ppm

-55-125℃ ±50 ppm   ±50 ppm    ±1.0 ppm     ±N/A